CN107986791A - 一种碳化硅板材材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳化硅板材材料及其制备方法，碳化硅板材材料组成为：碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素、水溶液和甘油；其中，碳化硅粗料50‑70份，碳化硅细料30‑50份，纤维素1.5‑3份，水溶液10‑15份，甘油0.2‑0.5份。采用本发明方法制备的碳化硅板材材料，组成结构/制备工艺简单，相比现有碳化硅板材材料能够节约成本。调节碳化硅粗料和碳化硅细料的配比，同时加入纤维素增加整个配方的粘结性，加入甘油提高润滑力和润湿力，水溶液含量适当提高有利于浇模，促进板材成型，综合作用促进碳化硅板材材料性能的提升。最终通过合理的配比和组成，能够解决碳化硅板材材料制成的板材强度和密度较低的问题，提高碳化硅板材材料的利用率。

Description

一种碳化硅板材材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及工程陶瓷技术领域，尤其涉及一种碳化硅板材材料及其制备方法。

背景技术

碳化硅制品是以碳化硅(SiC)为原料的非氧化物陶瓷材料，其耐磨性和耐侵蚀性好，高温强度大，热导率高，热膨胀系数小，热震稳定性好，应用领域非常广阔。例如：在炼钢炼铁方面，它可以用于盛钢桶内衬、水口、塞头、高炉炉底和炉腹、出铁槽、转炉和电炉出钢口、加热炉无水冷滑轨等方面；在有色金属如锌、铜、铝、钛、金属硅等的冶炼中，大量用于电炉炉衬、蒸馏器、精馏塔托盘、电解槽侧墙、熔融金属管道、吸送泵和熔炼金属坩埚等；在硅酸工艺中，它大量用作各种窑炉的棚板和隔焰材料；化学工艺中多用于油器发生器、有机废料煅烧炉、石油汽化器和脱硫炉等方面；此外，在空间技术上，碳化硅制品可用作火箭喷管和高温燃气透平叶片等。因此，碳化硅制品已成为人们广为利用的非氧化物陶瓷材料。

碳化硅制品根据形状不同来划分，一般分为圆管、板材、异型材等。现有技术碳化硅板材生产所用碳化硅细料大部分依靠进口，生产成本高，价格高，使碳化硅板材的应用受到限制。碳化硅板材广泛应用在陶瓷、耐火行业锻烧窑具等，碳化硅板材使用寿命很大程度上，都是取决于碳化硅的生产工艺的合理性。例如制作卫生陶瓷、高压电磁等制品时，窑车上的棚架需要承担很大的荷重，因此碳化硅板材的密度和强度就有很重要的意义。

但是，目前碳化硅板材材料本身的特性使之很难在常压下烧结致密，制得的碳化硅板材密度和强度较低，常常无法满足工业化应用的需求。

发明内容

本发明提供了一种碳化硅板材材料及其制备方法，以解决现有技术中制备的碳化硅板材强度和密度较低的问题。

第一方面，本发明提供了一种碳化硅板材材料，所述碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料50-70份，碳化硅细料30-50份，纤维素1.5-3份，水溶液10-15份，甘油0.2-0.5份。

可选的，所述碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料55-65份，碳化硅细料35-45份，纤维素1.8-2.5份，水溶液12-14份，甘油0.3-0.4份。

可选的，所述碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料60份，碳化硅细料40份，纤维素2.25份，水溶液12.5份，甘油0.35份。

可选的，所述碳化硅粗料中SiC的质量分数大于等于96.5％，所述碳化硅粗料的粒度范围为0.09-2.5mm。

可选的，所述碳化硅细料中SiC的质量分数大于等于97.5％，所述碳化硅细料的粒度范围为0.03-0.07mm。

可选的，所述水溶液由沸腾的纯净水加入3％-5％重量的聚乙烯醇搅拌而成。

另一方面，本发明提供了一种碳化硅板材材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

S1：固体料混合，将碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素投入100升立式搅拌机；

S2：固体料搅拌，启动所述100升立式搅拌机搅拌，搅拌时间为20分钟，得到碳化硅板材材料固体料；

S3：补加水溶液搅拌，向所述碳化硅板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到30℃，搅拌时间为30分钟，得到碳化硅板材材料浆料；

S4：补加甘油搅拌，向所述碳化硅板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到碳化硅板材材料，密封保存；

其中，所述碳化硅粗料50-70份，所述碳化硅细料30-50份，所述纤维素1.5-3份，所述水溶液10-15份，所述甘油0.2-0.5份；所述水溶液由沸腾的纯净水加入3％-5％重量的聚乙烯醇搅拌而成。

可选的，所述立式搅拌机的搅拌速度为60-80r/min。

由以上技术方案可知，本发明实施例示出一种碳化硅板材材料及其制备方法；所述碳化硅板材材料组成为：碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素、水溶液和甘油；其中，碳化硅粗料50-70份，碳化硅细料30-50份，纤维素1.5-3份，水溶液10-15份，甘油0.2-0.5份。采用本发明方法制备的碳化硅板材材料，组成结构、制备工艺简单，相比现有碳化硅板材材料能够节约成本。调节碳化硅粗料和碳化硅细料的配比，同时加入纤维素增加整个配方的粘结性，加入甘油提高润滑力和润湿力，水溶液含量适当提高有利于浇模，促进板材成型，综合作用促进碳化硅板材材料性能的提升。最终通过合理的配比和组成，能够解决碳化硅板材材料制成的板材强度和密度较低的问题，提高碳化硅板材材料的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的碳化硅板材材料的制备方法的流程图。

具体实施方式

本发明实施例示出一种碳化硅板材材料，碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料50-70份，碳化硅细料30-50份，纤维素1.5-3份，水溶液10-15份，甘油0.2-0.5份。

具体的，碳化硅粗料和碳化硅细料都是碳化硅板材材料的主要基本材料，碳化硅粗料在碳化硅板材材料中提供主要的支撑骨架，为碳化硅板材材料提供主要的强度支撑，所述碳化硅粗料中SiC的质量分数大于等于96.5％，所述碳化硅粗料的粒度范围为0.09-2.5mm。

碳化硅细料与碳化硅粗料配合，使得材料能够更加紧密堆积，所述碳化硅细料中SiC的质量分数大于等于97.5％，所述碳化硅细料的粒度范围为0.03-0.07mm，碳化硅细料与碳化硅粗料的这种粒度范围形成较好的颗粒级配，保证碳化硅板材材料的密度和强度。并且，碳化硅细料比表面积大，高温下容易氧化，氧化生成的氧化硅可以和其他材料一起，共同增强材料的性能。

另外，碳化硅粗料和碳化硅细料的纯度要求较高，防止过多的杂质对碳化硅板材材料的干扰，保证碳化硅板材材料良好的性能。

其中，水溶液由沸腾的纯净水加入3％-5％重量的聚乙烯醇搅拌而成。聚乙烯醇作为低聚物，在冷水中溶解较困难，需要利用沸腾的水将它溶解。选用纯净水是可以排除杂质的干扰。聚乙烯醇与沸水混合后，能够提供一定的粘结力，使碳化硅板材材料的密度和强度提高。并且，聚乙烯醇和水选择这样的比例，能够调节水溶液的粘度，调节到与碳化硅粗料和碳化硅细料粘度相配合，将碳化硅板材材料的流动度调整到合宜的水平，为后续板材制作提供准备。

适当地增加水溶液的用量，制作得碳化硅板材材料整体流动度更好，适用于板材生产工艺后续的浇模等步骤。水溶液的含量对板材成型有很大的影响，水溶液太少，碳化硅板材材料的流动度差，板材容易出现不平整和坑洼的现象；水溶液太多，成型过程中水分迟迟无法挥发干净，成型效率低，还容易导致板材局部成型效果差异，密度不均匀等问题。

纤维素和甘油作为辅料，纤维素中含有大量的碳元素，在碳化硅板材材料组分中充当粘结剂，能够将碳化硅细料和碳化硅粗料粘连到一起，提高碳化硅板材材料的整体强度。

甘油的成分为丙三醇，本身具有保湿性能和润滑性能，能够使碳化硅板材材料保持湿润，防止水分挥发后难以浇膜，并且较好的润滑性能，使得各组分之间能够填补互相的形成空隙，通过微小的位移，使碳化硅板材材料的密度提高，最终提高碳化硅板材材料强度。

优选地，碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：碳化硅粗料55-65份，碳化硅细料35-45份，纤维素1.8-2.5份，水溶液12-14份，甘油0.3-0.4份。

进一步的，碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：碳化硅粗料60份，碳化硅细料40份，纤维素2.25份，水溶液12.5份，甘油0.35份。此时的原料配比能够使碳化硅板材材料在价格较低的情况下，增加碳化硅板材的密度和强度。

参见图1，为本发明实施例提供的碳化硅板材材料的制备方法的流程图。本发明提供了一种碳化硅板材材料的制备方法，制备方法包括：

S1：固体料混合，将碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素投入100升立式搅拌机；

S2：固体料搅拌，启动所述100升立式搅拌机搅拌，搅拌时间为20分钟，得到碳化硅板材材料固体料；

S3：补加水溶液搅拌，向所述碳化硅板材材料固体料水溶液，继续搅拌至温度达到30℃，搅拌时间为30分钟，得到碳化硅板材材料浆料；

S4：补加甘油搅拌，向所述碳化硅板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到碳化硅板材材料，密封保存。

其中，所述碳化硅粗料50-70份，所述碳化硅细料30-50份，所述纤维素1.5-3份，所述水溶液10-15份，所述甘油0.2-0.5份；所述水溶液由沸腾的纯净水加入3％-5％重量的聚乙烯醇搅拌而成。

具体的，步骤S1中将碳化硅粗料、碳化硅细料基料和纤维素辅料加到立式搅拌机中，步骤S2将三种原料进行搅拌，使固体材料混合均匀；步骤S3时，再加入水溶液，调成糊浆状。水溶液的加入采用慢慢加入的方式，使搅拌机能够搅拌均匀。由于加入的水溶液是热的，在与之前三种材料的混合的过程中，温度也会升高，温度最高时约90℃，因此，后续的搅拌过程很重要，最终使温度降低到30℃。步骤S4在得到碳化硅板材材料前，将甘油加入，促进原材料更好的融合，也起到润滑和保湿的作用，碳化硅板材材料需放入塑料筒中密封保存，防止水分挥发影响材料的流动性，同时免受外部杂质的干扰。

立式搅拌机的搅拌速度为60-80r/min。搅拌速度过快，容易造成粉末飞扬，不容易搅拌均匀；搅拌速度过慢，影响搅拌效率，有限的搅拌时间容易导致搅拌不充分。

碳化硅板材材料的制备过程中，应严格控制温度，如果温度过高容易导致原材料变质，水分蒸发过快，并且影响后续制备碳化硅板材，可在搅拌时采取一些冷却措施，随时对搅拌机内的物料进行温度调节，使制备过程顺利进行。

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的一种碳化硅板材材料及其制备方法进行清楚、完整的描述：

实施例1

一种碳化硅板材材料，碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料50份，碳化硅细料30份，纤维素1.5份，水溶液10份，甘油0.2份。

S1：固体料混合，将碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素投入100升立式搅拌机；

S2：固体料搅拌，启动所述100升立式搅拌机搅拌，搅拌时间为20分钟，得到碳化硅板材材料固体料；

S3：补加水溶液搅拌，向所述碳化硅板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到30℃，搅拌时间为30分钟，得到碳化硅板材材料浆料；

S4：补加甘油搅拌，向所述碳化硅板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到碳化硅板材材料，密封保存。

通过合理的配比以及完善的制备过程，使碳化硅板材材料具有较好的性能。利用立式搅拌机将原料很好的分散，将碳化硅粗料、碳化硅细料用量控制在合理的范围内，保证碳化硅板材材料具有合理的级配。将纤维素用量控制在合适的区间内，使碳化硅粗料、碳化硅细料较好地粘结在一起，提高强度。加入适量的水溶液，避免整个组分出现相分离或者过度稀释等，影响稳定性等，影响产品质量。根据所添加的相关辅料的情况选取用量，节约成本，防止加入过多辅料对碳化硅粗料、碳化硅细料造成影响，影响碳化硅板材材料的整体性能。本实施例中碳化硅板材材料成本较低，并且用碳化硅板材材料制备的板材有很高的密度和突出的强度优势。

实施例2

一种碳化硅板材材料，碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料70份，碳化硅细料50份，纤维素3份，水溶液15份，甘油0.5份。

S1：固体料混合，将碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素投入100升立式搅拌机；

S2：固体料搅拌，启动所述100升立式搅拌机搅拌，搅拌时间为40分钟，得到碳化硅板材材料固体料；

S3：补加水溶液搅拌，向所述碳化硅板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到30℃，搅拌时间为60分钟，得到碳化硅板材材料浆料；

S4：补加甘油搅拌，向所述碳化硅板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到碳化硅板材材料，密封保存。

通过合理的配比以及完善的制备过程，使碳化硅板材材料具有较好的性能。利用立式搅拌机将原料很好的分散，将碳化硅粗料、碳化硅细料用量控制在合理的范围内，保证碳化硅板材材料具有合理的级配。将纤维素用量控制在合适的区间内，使碳化硅粗料、碳化硅细料较好地粘结在一起，提高强度。加入适量的水溶液，避免整个组分出现相分离或者过度稀释等，影响稳定性等，影响产品质量。根据所添加的相关辅料的情况选取用量，节约成本，防止加入过多辅料对碳化硅粗料、碳化硅细料造成影响，影响碳化硅板材材料的整体性能。本实施例中碳化硅板材材料成本较低，并且用碳化硅板材材料制备的板材有很高的密度和突出的强度优势。

实施例3

一种碳化硅板材材料，碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料55份，碳化硅细料35份，纤维素1.8份，水溶液12份，甘油0.3份。

S1：固体料混合，将碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素投入100升立式搅拌机；

S2：固体料搅拌，启动所述100升立式搅拌机搅拌，搅拌时间为30分钟，得到碳化硅板材材料固体料；

S3：补加水溶液搅拌，向所述碳化硅板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到30℃，搅拌时间为45分钟，得到碳化硅板材材料浆料；

S4：补加甘油搅拌，向所述碳化硅板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到碳化硅板材材料，密封保存。

通过合理的配比以及完善的制备过程，使碳化硅板材材料具有较好的性能。利用立式搅拌机将原料很好的分散，将碳化硅粗料、碳化硅细料用量控制在合理的范围内，保证碳化硅板材材料具有合理的级配。将纤维素用量控制在合适的区间内，使碳化硅粗料、碳化硅细料较好地粘结在一起，提高强度。加入适量的水溶液，避免整个组分出现相分离或者过度稀释等，影响稳定性等，影响产品质量。根据所添加的相关辅料的情况选取用量，节约成本，防止加入过多辅料对碳化硅粗料、碳化硅细料造成影响，影响碳化硅板材材料的整体性能。本实施例中碳化硅板材材料成本较低，并且用碳化硅板材材料制备的板材有很高的密度和突出的强度优势。

实施例4

一种碳化硅板材材料，碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料65份，碳化硅细料45份，纤维素2份，水溶液14份，甘油0.4份。

S1：固体料混合，将碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素投入100升立式搅拌机；

S2：固体料搅拌，启动所述100升立式搅拌机搅拌，搅拌时间为40分钟，得到碳化硅板材材料固体料；

S3：补加水溶液搅拌，向所述碳化硅板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到30℃，搅拌时间为50分钟，得到碳化硅板材材料浆料；

S4：补加甘油搅拌，向所述碳化硅板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到碳化硅板材材料，密封保存。

通过合理的配比以及完善的制备过程，使碳化硅板材材料具有较好的性能。利用立式搅拌机将原料很好的分散，将碳化硅粗料、碳化硅细料用量控制在合理的范围内，保证碳化硅板材材料具有合理的级配。将纤维素用量控制在合适的区间内，使碳化硅粗料、碳化硅细料较好地粘结在一起，提高强度。加入适量的水溶液，避免整个组分出现相分离或者过度稀释等，影响稳定性等，影响产品质量。根据所添加的相关辅料的情况选取用量，节约成本，防止加入过多辅料对碳化硅粗料、碳化硅细料造成影响，影响碳化硅板材材料的整体性能。本实施例中碳化硅板材材料成本较低，并且用碳化硅板材材料制备的板材有很高的密度和突出的强度优势。

实施例5

一种碳化硅板材材料，碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料60份，碳化硅细料40份，纤维素2.25份，水溶液12.5份，甘油0.35份。

S1：固体料混合，将碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素投入100升立式搅拌机；

S2：固体料搅拌，启动所述100升立式搅拌机搅拌，搅拌时间为30分钟，得到碳化硅板材材料固体料；

S3：补加水溶液搅拌，向所述碳化硅板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到30℃，搅拌时间为40分钟，得到碳化硅板材材料浆料；

S4：补加甘油搅拌，向所述碳化硅板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到碳化硅板材材料，密封保存。

通过合理的配比以及完善的制备过程，使碳化硅板材材料具有较好的性能。利用立式搅拌机将原料很好的分散，将碳化硅粗料、碳化硅细料用量控制在合理的范围内，保证碳化硅板材材料具有合理的级配。将纤维素用量控制在合适的区间内，使碳化硅粗料、碳化硅细料较好地粘结在一起，提高强度。加入适量的水溶液，避免整个组分出现相分离或者过度稀释等，影响稳定性等，影响产品质量。根据所添加的相关辅料的情况选取用量，节约成本，防止加入过多辅料对碳化硅粗料、碳化硅细料造成影响，影响碳化硅板材材料的整体性能。本实施例中碳化硅板材材料成本较低，并且用碳化硅板材材料制备的板材有很高的密度和突出的强度优势。

由以上技术方案可知，本发明实施例示出一种碳化硅板材材料及其制备方法，碳化硅板材材料组成为：碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素、水溶液、甘油；其中，碳化硅粗料50-70份，碳化硅细料30-50份，纤维素1.5-3份，水溶液7-10份，甘油0.2-0.5份。采用本发明方法制备的碳化硅板材材料，组成结构、制备工艺简单，相比现有碳化硅板材材料能够节约成本。调节碳化硅粗料和碳化硅细料的配比，同时加入纤维素增加整个配方的粘结性，加入甘油提高润滑力和润湿力，水溶液含量适当提高有利于浇模，促进板材成型，综合作用促进碳化硅板材材料性能的提升。最终通过合理的配比和组成，能够解决碳化硅板材材料制成的板材强度和密度较低的问题，提高碳化硅板材材料的利用率。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种碳化硅板材材料，其特征在于，所述碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料50-70份，碳化硅细料30-50份，纤维素1.5-3份，水溶液10-15份，甘油0.2-0.5份。

2.根据权利要求1所述的碳化硅板材材料，其特征在于，所述碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料55-65份，碳化硅细料35-45份，纤维素1.8-2.5份，水溶液12-14份，甘油0.3-0.4份。

3.根据权利要求1所述的碳化硅板材材料，其特征在于，所述碳化硅板材材料由下述重量份的原料制成：

碳化硅粗料60份，碳化硅细料40份，纤维素2.25份，水溶液12.5份，甘油0.35份。

4.根据权利要求1所述的碳化硅板材材料，其特征在于，所述碳化硅粗料中SiC的质量分数大于等于96.5％，所述碳化硅粗料的粒度范围为0.09-2.5mm。

5.根据权利要求1所述的碳化硅板材材料，其特征在于，所述碳化硅细料中SiC的质量分数大于等于97.5％，所述碳化硅细料的粒度范围为0.03-0.07mm。

6.根据权利要求1所述的碳化硅板材材料，其特征在于，所述水溶液由沸腾的纯净水加入3％-5％重量的聚乙烯醇搅拌而成。

7.一种碳化硅板材材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

S1：固体料混合，将碳化硅粗料、碳化硅细料、纤维素投入100升立式搅拌机；

S2：固体料搅拌，启动所述100升立式搅拌机搅拌，搅拌时间为20分钟，得到碳化硅板材材料固体料；

S3：补加水溶液搅拌，向所述碳化硅板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到30℃，搅拌时间为30分钟，得到碳化硅板材材料浆料；

S4：补加甘油搅拌，向所述碳化硅板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到碳化硅板材材料，密封保存；

其中，所述碳化硅粗料50-70份，所述碳化硅细料30-50份，所述纤维素1.5-3份，所述水溶液10-15份，所述甘油0.2-0.5份；所述水溶液由沸腾的纯净水加入3％-5％重量的聚乙烯醇搅拌而成。

8.根据权利要求7所述的碳化硅板材材料的制备方法，其特征在于，所述立式搅拌机的搅拌速度为60-80r/min。